73704

Электростатика проводников

Лекция

Физика

В проводнике заряды могут двигаться при наложении маленьких полей в пределе бесконечно малых. Проводник это такая среда содержащая свободные заряды которые можно перемещать по объему без совершения работы идеальный проводник. Такие проводники в природе существуют.

Русский

2014-12-19

156.5 KB

0 чел.

Электростатика проводников.

В среде много свободных зарядов, они могут перемещаться на расстояния, значительно большие диаметра атома.

В изоляторе тоже можно переносить заряды. Для этого надо приложить большие поля.

В проводнике заряды могут двигаться при наложении маленьких полей (в пределе бесконечно малых). То есть, нужно потратить очень малую работу для перемещения зарядов.

Проводник – это такая среда, содержащая свободные заряды, которые можно перемещать по объему без совершения работы (идеальный проводник).

Такие проводники в природе существуют. Это сверхпроводники.

Идеальный проводник – это эквипотенциальное тело.

Возьмем проводник и поместим его в поле точечного заряда. Оно неоднородно и не эквипотенциально. Из определения проводника следует, что во всех точках проводника потенциалы одинаковы. Можно взять длинную плоскость такую, что на ее конце напряженность поля равна нулю. Таким образом, как бы близко мы не подносили проводник к заряду, потенциал в каждой его точке будет равен нулю, так как на конце, намного отстоящем от точечного заряда, потенциал равен нулю.

Во всем объеме проводника поле равно нулю.

Рассмотрим проводник на границе с вакуумом. Выберем на поверхности проводника площадку  такую маленькую, чтобы ее можно было считать частью плоскости, и электрическое поле сверху и снизу вблизи нее можно считать постоянным. Напишем граничные условия для вектора  вблизи площадки .

Внутри проводника .

.

Отсутствует тангенциальная компонента вектора  вблизи поверхности проводника. Это означает, что вблизи поверхности вектор  перпендикулярен поверхности.

Что такое ?

  1.  поместим нейтральный проводник в поле, поле растаскивает заряды, они доходят до границы, но за нее выйти не могут, т.е. заряды скапливаются у поверхности диэлектрика, тем самым образуя поверхностную плотность заряда;
  2.  возьмем проводник и внесем туда заряд, заряды будут двигаться без совершения работы, дойдут до границы и опять образуют поверхностную плотность;

  1.  можно совместить два предыдущих примера, тогда .

Всегда, где есть граница есть некая энергия, которая заставляет не переходит эту границу. Проводник – это стакан, в который налита электрическая жидкость. Есть граница, поэтому электрончики выстраиваются, а не улетают за пределы.

Как зависит напряженность поля от рельефа поверхности.

Пусть у нас есть некоторый проводник, имеющий заданный рельеф. На основе его мы смоделировали эквипотенциальное тело.

Относительно бесконечности  по определению проводника.

Поскольку мы говорим о поверхностных зарядах, то наше приближение достаточно точное.

Поле вблизи поверхности проводника определяется только радиусом кривизны.

.

Чем меньше радиус кривизны, тем больше около этой поверхности напряженность поля.

Пояснение к опыту со свечей.

Зарядим проводник, вблизи острия  большое. В воздухе всегда есть электроны или ионы. Они бьются о другие атомы, зарядов становится много

  1.  Острие зарядим положительно. Тогда, образовавшиеся положительные ионы двигаются от острия, они тяжелые и создают ветер, который задувает пламя свечи. Электроны тоже движутся, только к острию, но они легкие и их вклад мало заметен.
  2.  Острие зарядим отрицательно. Тогда к острию будут двигаться электроны, но они легкие и бьются об атомы при своем движении, поэтому до острия их доходит очень мало, они не могут увлечь за собой большое количество зарядов и ветер не образуют. Пламя свечи не гаснет.

Полый проводник.

Пусть у нас имеется проводник с полостью внутри. Помести в нее заряд . Найдем, какой заряд образуется на внутренней поверхности полости. Заряд  создает поле, свободные заряды начинают двигаться и выстраиваются на границе. Выберем поверхность произвольного вида таким образом, чтобы она вся лежала внутри проводника, а полость находилась внутри этой поверхности.

Каким бы не был проводник, какой бы формы не была полость, если внутрь нее внести заряд, то на внутренней стороне этой полости образуется такой же по модулю заряд, но противоположного знака.

Это утверждение сейчас называют теоремой Фарадея.

Пусть  равно нулю, тогда на внутренней поверхности полости зарядов не образуется, и поле внутри полости равно нулю.

Замечание.

Теорему Фарадея мы доказали, используя теорему Гаусса, а ее, используя закон Кулона. Таким образом, если бы в законе Кулона сила взаимодействия двух зарядов не была обратнопропорциональна второй степени расстояния, то ни одна из этих теорем не выполнялась бы. Поэтому одним из примеров проверки закона Кулона служит опыт с клетками Фарадея, основанный на теореме Фарадея.

Емкость проводников.

Зарядим проводник. Если знать количество зарядов, то какой потенциал будет у проводника.

Между зарядом, который мы поместим и потенциалом имеет место быть коэффициент. Он характеризует проводник. Чем больше , тем больший заряд надо поместить на проводник, его потенциал достиг заданного уровня.

СИ:

Гауссова система:

Этот коэффициент называется емкостью проводника. Он характеризует только проводник и обозначается буквой .

СИ:

Гауссова система:

Емкость определяется только свойствами и геометрией проводника.

Рассмотрим два проводника. Два проводника заряжают одинаковыми по модулю, но разными по знаку зарядами и измеряют разность потенциалов.

   

Такая система из двух и более проводников, возможно разделенных диэлектриком, называется конденсатором.

А величина , определенная таким образом, называется емкостью конденсатора.

Если конденсатор состоит из двух проводников, то все ясно. Если же их больше, то необходимо определить, где обкладки. Наличие третьего проводника влияет на разность потенциалов и на емкость.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

39159. Основные этапы развития компьютерной техники. Сравнительные характеристики компьютеров разных поколений 184.61 KB
  Сравнительные характеристики компьютеров разных поколений. Возникновение и развитие персональных компьютеров. Новые виды ПК Возникновение и развитие персональных компьютеров. Для того чтобы лучше представить чем же всетаки персональные компьютеры отличаются от других электронновычислительных машин начнем рассматривать историю возникновения ПК с момента появления первых ЭВМ не забывая при этом более ранние достижения в истории вычислительной техники благодаря которым...
39160. Дослідження механізму управління кредитною діяльністю в комерційному банку «Кредитпромбанк» 1.07 MB
  Теоретичні засади управління кредитною діяльностю банку 1.1 Сутність та причини кредитної діяльності банку 1.2 Особливості формування кредитного портфелю банку 1.3 Система управління кредитним портфелем банку Розділ 2.
39161. Технические характеристики компьютера 82.74 KB
  рРхарактеристика компьютера измеряется в битах; она показывает сколько двоичных разрядов битов информации обрабатывается или передается за один такт работы микропроцессора а также сколько двоичных разрядов может быть использовано для адресации оперативной памяти; компьютеры могут быть соответственно 8ю 16 32 и 64разрядными; . емкость оперативной памяти измеряется в Мбайтах и поставляется в виде модулей имеющих 2 4 8 16 32 64 128 256 и более Мбайт разрабатываются модули емкостью 1Гбайт; . емкость...
39162. Организация коммерческой деятельности предприятия розничной торговли на региональном рынке компьютеров и комплектующих на примере ООО «Фор-Т» 14.77 MB
  4 Разработка ассортиментного перечня предприятия Заключение Список литературы Приложения Введение Актуальность темы ВКР объясняется тем что рынок компьютерного оборудования и комплектующих это стремительно развивающийся рынок в России и во всем мире. Отсюда можно представить что коммерция не ограничена заранее заданными пределами и постоянно расширяет свои возможности и поле деятельности в торговле. Технический прогресс обуславливает частую замену запасных частей компьютера что свидетельствует о востребованности компьютерных...
39163. Принцип действия бытовой электроники 4.32 MB
  Малые габариты и масса обусловленные как меньшим выделением тепла на регулирующем элементе так и меньшими габаритами трансформатора благодаря тому что последний работает на более высокой частоте. Максимум что могла поддерживать PC1 без использования плат расширения 64К памяти. Обычно хотят поставить более быстрый процессор что и ведет к замене материнской платы. Управляющая логика возбуждает специальные стробирующие сигналы чтобы указать получателю когда ему следует принимать данные.
39164. Мобильные персональные компьютеры: виды, варианты исполнения, их сравнение 246.74 KB
  Ноутбуки отличаются небольшими размерами и весом время автономной работы ноутбуков изменяется в пределах от 1 до 15 часов. Desktop Replcement 14 16 дюймов массовые ноутбуки специального названия для данной категории ноутбуков не предусмотрено 11 133 дюйма субноутбуки 7 121 дюйма нетбуки. Классификация на основе назначения ноутбука и технических характеристик устройства: Бюджетные ноутбуки Ноутбуки среднего класса Бизнесноутбуки Мультимедийные ноутбуки Игровые ноутбуки Мобильная рабочая станция...
39165. Анализ конкурентоспособность в процессе жизненного цикла предприятия 312 KB
  Эта концепция используется для создания и сбыта продукции разработки стратегии маркетинга с момента поступления товара на рынок до его снятия с рынка. Это анализ возможностей производства продукции. Выбранная тема актуальна для данного дипломного проектирования потому что необходимо анализировать конкурентоспособность на каждом этапе жизненного цикла товара для организации эффективного сбыта продукции пользующейся спросом на рынке. Это анализ возможностей производства продукции.
39166. Исследование коронного разряда в плотном газе 90.7 KB
  Коронный разряд является самостоятельным разрядом в сравнительно плотном газе. Если к двум электродам между которыми находится газовый промежуток приложить электрическое поле то при определенной разности потенциалов между электродами которую назовем критической и обозначим через...